LTPL-G35UVC275PR UVC LED 規格書 - 尺寸 3.5x3.5x1.2mm - 典型電壓 5.9V - 最大功率 2.0W - 峰值波長 274nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTPL-G35UVC 產品系列代表固態紫外線光源技術的重大進步，專為殺菌與醫療應用設計。本產品結合了發光二極體（LED）技術的固有優勢，例如長使用壽命與高可靠性，以及足以取代傳統紫外線光源的性能水準。其設計旨在提供設計靈活性，並在需要有效 UVC 照射的領域中實現新的應用。

本產品的關鍵特色包括與積體電路（I.C.）驅動系統的相容性、符合 RoHS（有害物質限制）指令確保其為無鉛產品，以及相較於傳統汞燈等紫外線技術，整體營運與維護成本更低。主要目標市場包括醫療器材、水淨化、空氣殺菌與表面消毒等領域的設備製造商。

2. 技術參數深度解讀

2.1 絕對最大額定值

本元件在嚴格的環境與電氣限制下運作，以確保可靠性。絕對最大額定值是在環境溫度（Ta）為 25°C 時測量，定義了可能導致永久損壞的極限邊界。

• 功率消耗（Po）：最大 2.0 瓦特。這是封裝體能以熱形式散發的總功率。
• 直流順向電流（IF）：最大 300 毫安培。
• 操作溫度範圍（Topr）：-40°C 至 +80°C。本元件額定在此寬廣的溫度範圍內運作。
• 儲存溫度範圍（Tstg）：-40°C 至 +100°C。
• 接面溫度（Tj）：最大 105°C。半導體晶片本身的溫度不得超過此限制。

一項重要注意事項警告，避免在長時間反向偏壓條件下操作 LED，因為這可能導致元件故障。

2.2 電光特性

核心性能指標定義於 Ta=25°C 且測試電流（If）為 250mA 的條件下，此為典型工作點。

• 順向電壓（Vf）：典型值為 5.9V，最小值 5.2V，最大值 7.7V。量測容差為 ±0.1V。
• 輻射通量（Φe）：此為 UVC 光譜中的總光功率輸出。典型值為 35.0 毫瓦（mW），最小值為 25.0 mW。量測容差為 ±10%。
• 峰值波長（λp）：LED 發射最大光功率的波長。典型值為 274 奈米（nm），範圍從 265nm 到 280nm。容差為 ±3nm。這使其明確位於 UVC 波段（200-280nm），以其殺菌效果而聞名。
• 視角（2θ1/2）：典型為 120 度，定義了發射輻射的角度擴散範圍。
• 熱阻（Rth j-s）：從半導體接面到焊點的熱阻典型值為 16.8 K/W。此參數對於熱管理設計至關重要。參考量測使用特定的鋁金屬基板印刷電路板（MCPCB）。
• 靜電放電（ESD）敏感度：依據人體放電模型（JESD22-A114-B）可承受高達 2000V，表示具有中等的 ESD 耐受性，但仍需小心處理。

3. 分級系統說明

為確保應用設計的一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。分級代碼標示於包裝上。

3.1 順向電壓（Vf）分級

LED 根據其在 250mA 時的順向電壓分為五個等級（V1 至 V5）。每個等級涵蓋 0.5V 的範圍，從 5.2-5.7V（V1）到 7.2-7.7V（V5）。每個等級內的容差為 ±0.1V。這讓設計師能為並聯連接或電流共享電路選擇具有相似電氣特性的 LED。

3.2 輻射通量（Φe）分級

光輸出功率分為四個等級（X1 至 X4）。例如，X2 等級涵蓋在 250mA 時輻射通量介於 30.0 mW 至 35.0 mW 之間的 LED。X4 等級則規定最小值為 40.0 mW。容差為 ±7%。此分級對於需要特定最低輻照劑量的應用至關重要。

3.3 峰值波長（Wp）分級

目前，所有元件均歸於單一波長等級 W1，範圍從 265nm 到 280nm。容差為 ±3nm。這確保所有元件都在有效的殺菌範圍內發光。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數張圖表，說明元件在不同條件下的行為。除非另有說明，所有曲線均基於 25°C 環境溫度。

4.1 相對輻射通量 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出隨驅動電流增加而增加，但並非完全線性。它展示了電氣輸入與光學輸出之間的關係，有助於確定效率與輸出的最佳工作點。

4.2 相對光譜分佈

此圖描繪了發射光譜，顯示了不同波長的光強度。它確認了峰值發射約在 274nm 處以及光譜頻寬，這對於理解 LED 對特定微生物的有效性非常重要。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

二極體的基本電氣特性。此曲線對於設計電流驅動電路至關重要，因為它顯示了達到所需電流所需的電壓。

4.4 相對輻射通量 vs. 接面溫度

此關鍵曲線顯示光學輸出如何隨著接面溫度（Tj）升高而降低。有效的熱管理對於在 LED 使用壽命期間維持高輸出功率至關重要。

4.5 輻射特性（空間分佈）

極座標圖，說明角度強度分佈，確認了 120 度的視角。這對於光學系統設計以確保目標表面的均勻照射至關重要。

4.6 順向電流降額曲線

此圖定義了最大允許順向電流與環境溫度的函數關係。隨著溫度升高，最大安全電流會降低，以防止接面溫度超過其 105°C 的限制。

4.7 順向電壓 vs. 接面溫度

顯示順向電壓與半導體接面溫度之間的關係，可用於間接溫度監測或理解溫度相關行為。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

LED 封裝為方形佔位面積。所有尺寸均以毫米為單位提供，標準容差為 ±0.2mm，除非另有說明。物理尺寸是 PCB 佈局和整合到最終產品的關鍵因素。

5.2 建議 PCB 焊接墊

提供了印刷電路板（PCB）的詳細焊墊圖案。遵循這些建議的焊墊尺寸和間距對於實現可靠的焊點、適當的熱傳導和機械穩定性至關重要。焊墊的規格容差為 ±0.1mm。

5.3 極性識別

規格書包含標示陽極和陰極連接的標記或圖示。組裝時必須注意正確的極性，以防止損壞。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議迴焊曲線

指定了無鉛焊接組裝的詳細迴焊曲線。關鍵參數包括：

• 峰值溫度（Tp）：最高 260°C（建議 245°C）。
• 液相線以上時間（217°C）：60-150 秒。
• 預熱溫度：150-200°C，持續 60-120 秒。
• 定義了最大升溫與降溫速率，以最小化熱應力。

6.2 手工焊接

若需手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過 300°C，且接觸時間應限制在最多 2 秒，僅限一次操作。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用酒精類溶劑，如異丙醇。未指定的化學清潔劑可能會損壞 LED 封裝。

6.4 驅動方法

LED 是電流驅動元件。為確保連接多個 LED 時的光輸出均勻性，應以串聯配置驅動，或為每個並聯支路使用獨立的電流調節器。強烈建議使用恆流驅動器，而非恆壓源。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶包裝

LED 以凸版載帶形式供應於捲盤上，用於自動化組裝。關鍵包裝規格包括：

• 捲盤尺寸：7 英吋。
• 每捲最大數量：500 顆。
• 最小包裝數量：剩餘數量 100 顆。
• 載帶以頂蓋密封。
• 包裝符合 EIA-481-1-B 標準。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 表面消毒：整合到用於消毒手機、工具或檯面等設備中。
• 水淨化：用於使用點或進水點的水處理系統，以滅活細菌和病毒。
• 空氣殺菌：實施於 HVAC 系統、空氣清淨機或上層空間空氣消毒裝置中。
• 醫療器材消毒：用於消毒設備或工具的內部腔室。

8.2 設計考量

• 熱管理：由於典型熱阻為 16.8 K/W，適當設計的散熱器（以 MCPCB 為參考）對於將接面溫度維持在限制內並確保長期輻射通量輸出至關重要。
• 光學設計：120 度的視角可能需要反射器或透鏡來準直或有效地將 UVC 光引導至目標區域。
• 電氣設計：使用適合順向電壓範圍（5.2V-7.7V）且能提供高達 300mA 的恆流驅動器。在多 LED 設計中考慮分級。
• 材料相容性：確保暴露於 UVC 輻射的外殼材料能抵抗降解（例如，某些塑膠可能會變黃或變脆）。
• 安全性：UVC 輻射對眼睛和皮膚有害。設計必須包含適當的屏蔽、連鎖裝置和警告，以防止人體暴露。

9. 可靠性與測試

9.1 可靠性測試計畫

本產品經過一系列全面的可靠性測試，以確保在各種應力條件下的穩健性。關鍵測試包括：

• 室溫操作壽命（RTOL）：在 250mA 下 3,000 小時，以及在最大 300mA 電流下 1,000 小時。
• 高/低溫儲存壽命（HTSL/LTSL）：分別在 100°C 和 -40°C 下 1,000 小時。
• 濕熱儲存（WHTSL）：在 60°C 和 90% 相對濕度下 1,000 小時。
• 熱衝擊（TS）：-30°C 和 85°C 之間 100 次循環。

9.2 失效標準

若測試後，在 250mA 下測量，其順向電壓較初始值增加超過 10%，或其輻射通量低於初始測量值的 50%，則該元件被視為失效。

10. 技術比較與優勢

相較於傳統殺菌燈（例如，發射 254nm 的低壓汞燈），此 UVC LED 提供了幾個明顯的優勢：

• 即時開關：LED 可立即達到全輸出，不像燈管需要暖機時間。
• 緊湊尺寸與設計自由度：小型化外形使其能整合到便攜式和空間受限的設備中。
• 耐用性與壽命：固態結構使其更能抵抗振動和物理衝擊。雖然壽命數據是透過可靠性測試提供，但在適當散熱的情況下，LED 通常比傳統燈管提供更長的操作壽命。
• 無汞：不含危險的汞，簡化了處理程序並提高了環境安全性。
• 波長靈活性：274nm 的峰值波長可有效對抗多種病原體。窄頻譜允許針對性應用，而無需不必要的輻射。
• 較低的營運成本：更高的效率和更長的使用壽命有助於長期降低能源和更換成本。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：此 LED 的典型工作電流是多少？

答：電光特性是在 250mA 下指定的，這是一個常見的工作點。絕對最大電流為 300mA。

問：如何確保多個 LED 具有相同的亮度？

答：使用分級資訊。從相同的輻射通量（Φe）等級（例如 X2）中選擇 LED，並以相同的電流驅動它們，最好採用串聯配置或為並聯串使用獨立的電流調節。

問：為什麼熱管理對此 LED 如此重要？

答：如相對輻射通量 vs. 接面溫度曲線所示，光學輸出會隨著溫度升高而顯著降低。超過最大接面溫度（105°C）也可能導致加速劣化和過早失效。適當的散熱對於性能和可靠性是不可妥協的。

問：我可以用恆壓電源驅動此 LED 嗎？

答：不建議。LED 是電流驅動元件。順向電壓的微小變化（如 Vf 分級所示）可能由於二極體的指數型 I-V 特性而導致電流大幅變化，從而導致輸出不一致和潛在的過電流損壞。請務必使用恆流驅動器。

問：哪些材料在 LED 輸出窗口附近使用是安全的？

答：UVC 輻射會降解許多有機材料。對於光路中的透鏡、窗口和外殼組件，請使用耐 UVC 的材料，例如某些等級的石英玻璃、PTFE（鐵氟龍）或專用的 UVC 穩定塑膠。

12. 設計與使用案例研究

情境：設計便攜式水殺菌瓶。

設計師正在創建一個具有整合 UVC 殺菌功能的可重複使用水瓶。選擇 LTPL-G35UVC275PR 是因為其緊湊尺寸和 274nm 輸出。

實施方式：

1. 電氣設計：一個小型可充電鋰電池為升壓轉換器/恆流驅動器供電，設定為 250mA，以驅動一個與驅動器串聯的單一 LED。

2. 熱設計：LED 安裝在一個小型客製化鋁製 MCPCB 上，該 MCPCB 與水瓶腔室的內金屬壁熱結合，將其用作被動散熱器。

3. 光學設計：利用 LED 的 120 度光束直接照射水體。腔室壁上的反射塗層提高了均勻性。

4. 安全設計：電路包含一個計時器，以確保提供足夠的劑量（例如 60 秒）。機械連鎖裝置可防止在瓶蓋未完全密封時啟動 LED，且腔室為不透明以阻擋 UVC 洩漏。

5. 元件選擇：選擇來自 X2 或 X3 通量等級的 LED 以保證最低輻射輸出，並且驅動器規格需能處理 V1-V5 的電壓範圍。

13. 原理介紹

UVC 發光二極體基於半導體材料中的電致發光原理運作。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子和電洞重新結合，以光子的形式釋放能量。這些光子的波長由半導體材料的能隙能量決定。對於 UVC 發射（200-280nm），使用如氮化鋁鎵（AlGaN）等材料。AlGaN 層的特定組成經過設計，以產生 274nm 的峰值發射，這對應於約 4.52 電子伏特（eV）的光子能量。這種高能量的紫外線被微生物的 DNA 和 RNA 吸收，導致胸腺嘧啶二聚體的形成，從而破壞複製並導致細胞失活或死亡，提供殺菌效果。

14. 發展趨勢

UVC LED 領域正在快速發展。從此規格書和更廣泛的市場中可觀察到的關鍵趨勢包括：

• 輸出功率增加：像 LTPL-G35UVC275PR 這樣具有數十毫瓦輸出的元件，代表了從早期低功率世代的進步。持續發展旨在從單一封裝中獲得更高的輻射通量。
• 效率提升（電光轉換效率）：研究重點在於降低順向電壓和提高外部量子效率（輸出光子與輸入電子的比率），以降低功耗和熱負載。
• 增強可靠性和壽命：持續的材料科學和封裝創新旨在進一步延長操作壽命，使 UVC LED 在高工作週期應用中與傳統燈管更具競爭力。
• 成本降低：隨著製造量增加和製程成熟，每毫瓦 UVC 輸出的成本預計將下降，從而開闢新的大眾市場應用。
• 波長優化：研究持續進行，以找出滅活特定病原體（例如病毒與細菌）最有效的波長，並開發在這些最佳波長發射的 LED。